張曉明，　廖小兵，　樊少麗

(1. 甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 甘肅 蘭州　730000；2. 蘭州電機(jī)股份有限公司， 甘肅 蘭州　730000)

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大型異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)測(cè)試研制

張曉明1，廖小兵2，樊少麗2

(1. 甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院， 甘肅 蘭州730000；2. 蘭州電機(jī)股份有限公司， 甘肅 蘭州730000)

電機(jī)的通風(fēng)冷卻對(duì)于電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和電機(jī)壽命至關(guān)重要。對(duì)電機(jī)的通風(fēng)方式進(jìn)行了介紹，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證改造電機(jī)局部結(jié)構(gòu)的可行性。論述上述方法的正確性，為工程應(yīng)用提供了參考。

通風(fēng)試驗(yàn)； 風(fēng)路設(shè)計(jì)； 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)

0　引　言

籠型三相異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在民用和軍工行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工程運(yùn)行中，由于籠型三相異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的大量使用，電動(dòng)機(jī)的溫升問(wèn)題越來(lái)越突出。變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的溫升是決定電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行和電機(jī)壽命的重要因素。電機(jī)的溫升不僅取決于電機(jī)本身所產(chǎn)生的熱量，還取決于電機(jī)的散熱能力。因此，在進(jìn)行高壓變頻調(diào)速電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行電機(jī)通風(fēng)計(jì)算，電機(jī)通風(fēng)計(jì)算取決于通風(fēng)方式的選擇設(shè)計(jì)和制造。

1　變頻調(diào)速電機(jī)通風(fēng)方式

變頻調(diào)速電機(jī)通風(fēng)冷卻將直接影響電機(jī)的溫升，從而影響電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和電機(jī)的整機(jī)壽命。電機(jī)冷卻需要滿足國(guó)家規(guī)程規(guī)范的要求，各個(gè)部分不能產(chǎn)生局部過(guò)熱，冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需簡(jiǎn)單易行，冷卻系統(tǒng)的功率要少，電力損耗也需減少。

2013年3月，蘭州電機(jī)公司向某公司提供籠型異步變頻電動(dòng)機(jī)。該型號(hào)電機(jī)是原廠內(nèi)供用戶的備機(jī)，由于原電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中溫升過(guò)高(大于協(xié)議規(guī)定的溫升限制95K)，達(dá)到了108K，不能滿足工程要求，蘭州電機(jī)廠再次生產(chǎn)時(shí)需對(duì)原電機(jī)進(jìn)行溫升改造。

本次改造通過(guò)新開(kāi)轉(zhuǎn)子沖片及優(yōu)化冷卻器結(jié)構(gòu)，改變電機(jī)風(fēng)路，通過(guò)試制驗(yàn)證該電動(dòng)機(jī)能否滿足環(huán)境溫度55℃條件下,電機(jī)溫升不超過(guò)95K的要求。驗(yàn)證大功率空-空冷三相籠型異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)理論設(shè)計(jì)與實(shí)際測(cè)試結(jié)果的吻合性。電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。

表1　籠型異步變頻電機(jī)參數(shù)

2　通風(fēng)改造設(shè)計(jì)

2.1電磁方案

由于該電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境的特殊性，針對(duì)原電機(jī)存在的問(wèn)題，重新調(diào)整了電磁方案，新開(kāi)轉(zhuǎn)子沖片，滿足變頻的使用要求。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造

(1) 該電動(dòng)機(jī)定子線圈改為減薄型絕緣，增加電機(jī)散熱能力。

(2) 轉(zhuǎn)子槽形由原梯形槽改用矩形槽，從而增加轉(zhuǎn)子銅排間過(guò)風(fēng)面積，減小風(fēng)阻，如圖1所示。

(3) 轉(zhuǎn)子鐵心端頭增加導(dǎo)風(fēng)筒改善轉(zhuǎn)子通風(fēng)，轉(zhuǎn)子風(fēng)扇改用壓頭較高的離心風(fēng)扇。

(4) 冷卻器結(jié)構(gòu)及插管方向，優(yōu)化電機(jī)內(nèi)風(fēng)路。

圖1　原電機(jī)及新改造轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

原電機(jī)冷卻方式為IC666，通風(fēng)結(jié)構(gòu)為橫向排管，設(shè)計(jì)復(fù)雜，外風(fēng)路有8只風(fēng)機(jī)，通風(fēng)效果差。又由于該電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍為20%～100%，使用環(huán)境溫度偏高，運(yùn)行工況惡劣,電動(dòng)機(jī)通風(fēng)設(shè)計(jì)難度大，故此次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化風(fēng)路采用IC616的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。外風(fēng)路只有2個(gè)風(fēng)機(jī)，內(nèi)風(fēng)路自帶離心風(fēng)扇，同時(shí)為減小風(fēng)阻增大了管間距；改變冷卻管的插入方向，更有效地利用了冷卻管，如圖2所示。

圖2　原電機(jī)及改造后電機(jī)冷卻器結(jié)構(gòu)

(5) 原電機(jī)與改造后電機(jī)風(fēng)路示意如圖3所示。

圖3　原電機(jī)與改造后電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)

3　改造后電機(jī)通風(fēng)計(jì)算簡(jiǎn)述

內(nèi)風(fēng)扇外圓線速度：

內(nèi)風(fēng)扇內(nèi)圓線速度：

內(nèi)風(fēng)扇靜壓(即當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)徑向葉片風(fēng)扇壓力)：

H0=0.075(V22-V12)=0.075×(47.92-

37.52)=66.6kg/m2(mmH2O)

內(nèi)風(fēng)扇出風(fēng)面積：

S2=0.92πD2b=0.293m2

內(nèi)風(fēng)扇最大風(fēng)量：

Qmax=0.42V2S2=5.89m3/s

風(fēng)量為QB時(shí)內(nèi)風(fēng)扇壓力：

式中：QB——內(nèi)部半個(gè)電機(jī)總風(fēng)量，m3/s。

轉(zhuǎn)子外圓線速度：

轉(zhuǎn)子內(nèi)圓線速度：

轉(zhuǎn)子風(fēng)道片產(chǎn)生靜壓力：

H0′=0.075×(u22-u12)=

116.6kg/m2(mmH2O)

轉(zhuǎn)子風(fēng)道片出風(fēng)面積:

轉(zhuǎn)子風(fēng)道最大風(fēng)量:

Qmax′=0.42×u2×S2′=4.39m3/s

風(fēng)量為QB時(shí)轉(zhuǎn)子風(fēng)道片產(chǎn)生風(fēng)壓:

116.6-6.05QB2

內(nèi)風(fēng)路總壓力:

(66.6-1.9QB2)+(116.6-6.05QB2)=

(0.061 2×594)QB2

整個(gè)電機(jī)總風(fēng)量：

28.5QB2=183.2m3/s

QB=2.53m3/s

2QB=2×2.53=5.06m3/s

外風(fēng)路風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量:

Qmax″=10.7m3/s

當(dāng)風(fēng)量為QH時(shí)的風(fēng)壓H3：

86.2-0.755QH2

86.2-0.755QH2=0.0612×79QH2

QH=3.93m3/s

經(jīng)以上電機(jī)通風(fēng)計(jì)算，其結(jié)果滿足電機(jī)運(yùn)行要求。

4　試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

該電動(dòng)機(jī)改造于2013年9月試制完畢，通過(guò)試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo)滿足技術(shù)條件和用戶的要求。具體參數(shù)如表2所示。

表2　改造后電機(jī)設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值對(duì)比

改造后電機(jī)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，試制成功，完全滿足國(guó)家規(guī)程規(guī)范及用戶的要求。

5　結(jié)　語(yǔ)

高壓變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)量并非越大越好，風(fēng)量太大給電動(dòng)機(jī)原本就很緊張的空間和設(shè)備本體帶來(lái)不必要的浪費(fèi)；風(fēng)量太小又無(wú)法保證電動(dòng)機(jī)的冷卻要求，從而引起電機(jī)過(guò)熱，溫升過(guò)高，因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及規(guī)程規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，保證電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該電動(dòng)機(jī)的試制成功，為大功率變頻電動(dòng)機(jī)的制造和設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，使大型異步變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)制造水平上了一個(gè)新臺(tái)階，在工程中應(yīng)進(jìn)一步得到推廣。

[1]湯蕰聄，史乃.電機(jī)學(xué)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]納霍德金.牽引電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京： 中國(guó)鐵道出版社，1983.

[4]周鳳.YKK高壓電機(jī)冷卻器通風(fēng)計(jì)算[J].寧夏機(jī)械，2006(3)： 19-20.

Test Development of Large Asynchronous Variable Frequency Speed Regulating Motor Ventilation System

ZHANGXiaoming1，LIAOXiaobing2，F(xiàn)ANShaoli2

(1. Gansu Province Water Conservancy and Hydropower Survey Design Institute， Lanzhou 730000, China；2. Lanzhou Electric Corporation, Lanzhou 730000, China)

Ventilation and cooling of the motor for the stable operation of the motor and motor life is essential.Ventilation mode of motor were introduced, combined with the test data validate motor on the feasibility of local structure, discussed the correctness of the above methods, provided the reference for the engineering application.

ventilation experiment； wind road design； variable frequency speed regulating motor

張曉明(1964—)，男，高工，研究方向?yàn)樗娬?、泵站、變電所的電氣設(shè)計(jì)。

廖小兵(1968—)，男，工程師，研究方向?yàn)殡姍C(jī)設(shè)計(jì)。

TM 306

A

1673-6540(2016)09- 0083- 03

2016-06-12

樊少麗(1974—)，女，工程師，研究方向?yàn)殡姍C(jī)設(shè)計(jì)。